狄青水电站压力钢管分岔管结构设计专题说明书

目录TOC\h\z\t"标题1,2,标题2,3,标题3,4,(1)x,1,样式标题1+段前:0.5行段后:0.5行,1,样式标题1+段前:0.5行段后:0.5行1,2"目录 1摘要 3Abstract 4第1章设计基本资料 51.1地理位置 51.2水文与气象 51.2.1水文条件 51.2.2气象条件 61.3工程地质 71.4当地建筑材料 81.5既给设计控制数据 91.5.1设计洪水位 91.5.2校核洪水位 91.5.3设计蓄水位 91.5.4设计低水位 91.5.5装机容量 9第2章枢纽布置、挡水及泄水建筑物 102.1建筑物等级确定 102.2枢纽布置 102.2.1枢纽布置形式 102.2.2坝轴线位置比较选择 102.3混凝土非溢流坝 102.3.1剖面设计 102.3.2稳定与应力校核 142.3.3混凝土坝的材料与构造 282.3.4地基处理 282.4混凝土溢流坝 292.4.1溢流坝孔口尺寸的确定 292.4.2溢流坝堰顶高程的确定 302.4.3闸门的选择 312.4.4溢流坝剖面 312.4.5溢流坝稳定验算 342.4.6溢流坝的结构布置 372.4.7消能与防冲 37第3章水电站厂房 393.1水轮机的选择 393.1.1特征水头的选择 393.1.2水轮机型号选择 413.1.3水轮机安装高程 463.2厂房内部结构 473.2.1发电机外形尺寸估算 473.2.2发电机重量估算 493.2.3水轮机蜗壳及尾水管 493.2.4调速系统，调速设备选择 503.2.5水轮机阀门及其附件 523.2.6起重机设备选择 543.3主厂房尺寸及布置 543.3.1长度 543.3.2宽度 553.3.3厂房各层高程确定 553.4厂区布置 57第4章水电站引水建筑物 584.1引水隧洞整体布置 584.1.1洞线布置（水平位置） 584.1.2垂直方向 584.2细部构造 584.2.1隧洞洞径 584.2.2隧洞进口段 584.3调压室 604.3.1调压室功用 604.3.2设置调压室的条件 614.3.3压力管道设计 614.3.4计算托马断面 614.3.5计算最高涌波引水道水头损失 654.3.6计算最低涌波引水道水头损失 684.3.7调压室方案比较 70第5章岔管专题设计 775.1岔管的布置原则 775.2岔管形式的选择 775.3设计工况分析、荷载计算和允许应力要求 775.4结构设计 785.4.1管壁厚度的计算 785.4.2岔管体形设计 795.4.3肋板计算 82参考文献 87摘要AbstractTheDiQinghydropowerstationislocatedinHuNanTowninZheJiangprovince,whichbelongstoachainofexploitation.Accordingtothedemandoftopographicform,Ichoosediversionhydropowerstation.Thegeologyconditionisgood.Themainconstructionconcludethewaterretainingstructure(theconcretenon–over-falldam),thereleaseworks(theconcreteover–falldam),thediversionstructure(pressureseepagetunnel,thesurge-chamber),andthesurfacepowerstation.Thechecklevelis238m,itscorrespondingflowis7000m3/s.Thedesignwaterlevelis235.5m,itscorrespondingflowamountis5000m3/s.Thedamsiteisneartheformersaddle.Thecrestelevationofthenon-over-falldamis240.35m,andthebaseelevationis112.0m,Themaxheightofthedamis12Theinduceroftheseepagetunnelislocatedattherecessplace,Thelengthoftunnelis1100m,thediametricofwhichis8.2m.Thesurge-chamberislocatedatthemountain,whichisTheworkshopbuildingislocatedatdownstream,thedesignleveloftheturbineis94.89m,theequippedcapacitoris17.0×104kw,thecleanwidthis19.6m,itswholelengthis70m.Thefixleveloftheturbineis115.24m,theheightofhydraulictrbineis117.98m,andtheheightofdynamois125.84m,Neartheworkshopbuilding,thereareswitchstationandthemaintransformerandsoon. Thisdesignisconcludedbranchpipe.第1章设计基本资料1.1地理位置乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长170公里，流域面积2623流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为1/1000，水能蕴藏量丰富。215123281.2水文与气象1.2.1水文条件山前峦坝址断面处多年平均径流量为83.0m3/s表1-1坝址断面处山前峦水位～流量关系水位(m)122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5流量(m3/s)105010020050010002000水位(m)130.1132.6135.3137.6139.8141.8流量(m3/s)300050007500100001250015000图1-1坝址断面处山前峦水位～流量关系曲线表1-2电站厂房处狄青水位～流量关系水位(m)115115.17115.39115.57115.72115.87116流量(m3/s)1020406080100120水位(m)116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5流量(m3/s)1401601802004007001000水位(m)119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8流量(m3/s)15002000300040006000800010000图1-2坝址断面处狄青水位～流量关系曲线1.2.2气象条件乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温10.4℃，月平均最低气温4.9℃，最高气温28℃。多年平均降雨为1710mm，雨量年内分配极不均匀，4、5、6三个月属梅雨季节，降雨量占全年的50%左右。7、8、9月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响，其降雨量占全年的25%左右。表1-3水库水位—面积、容积曲线()()()1.3工程地质库区多高山峡谷，平原极少。地层多为白垩纪流纹斑岩及凝灰岩分布，柱状节理及顺坡向节理裂隙普遍，断裂构造不甚发育，受水库回水影响，可能有局部土滑、崩塌等情况，但范围不会很大，因此库区的岸坡稳定问题是不严重的。唯坝前水库左岸的梧桐口至坝址一段地形陡峭，顺坡裂隙较为发育，经调查有四处山坡因顺坡裂隙切割，不够稳定，每处不稳定岩体为23万立方米库取未发现有经济价值的矿床，仅湖南镇上游破石至山前峦一带有30余个旧矿，经地质部华东地质局浙西队调查，认为无经济价值。本工程曾就狄青、山前峦两个坝址进行地质勘测工作，经分析比较，选用了山前峦坝址。山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽110m左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在0.5m以下，或大片基岩出露，河床部分厚约24m。岩石风化普遍不深，大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅1m左右，半风化带厚约212m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米。坝址主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙、发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形地线一致，影响边坡岩体的稳定性。坝址地下水埋置不深，左岸为1126m，右岸1534m。岩石透水性小，相对抗水层（条件吸水量0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，故坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌奖深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸10～12m，右岸6～9m，河中6～8m，坝体与坝基岩石的摩擦系数采用0.68。引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一。有两小断层，宽0.50.8m，两岸岩石完好。本区地震烈度小于6度。1.4当地建筑材料本工程需要砾石约186万立方米，砂67万立方米。经勘测，砂的粒径偏细，砾石超粒径的含量偏多，其他指标均能满足要求，但坝址附近几个料场的储量不能完全满足设计要求。故不足的砂石料用轧石解决，轧石料场选在大坝左岸距坝址0.812公里范围内。不足的砂料用楼里村附近的几个料场补充，距坝址2.53坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。1.5既给设计控制数据1.5.1设计洪水位：，设计最大洪水下泄流量1.5.2校核洪水位：，校核洪水最大下泄流量，相应的水库库容1.5.3设计蓄水位：1.5.4设计低水位：1.5.5装机容量：(两台机)第2章枢纽布置、挡水及泄水建筑物2.1建筑物等级确定水库总库容（由校核洪水位238m查得），主要建筑物为一等1级建筑物，次要建筑物为3级，临时建筑物4级2.2枢纽布置2.2.1枢纽布置形式坝址附近河道蜿蜒曲折，多年平均径流量83.0m3/s，较小；河床坡度比降1/1000，故根地形条件选用有压引水式地面厂房方案。上游山前峦断面布置挡水建筑物及泄水建筑物，大坝右岸上游约150m2.2.2坝轴线位置比较选择根据已知资料，山前峦坝址地形图，选择两条坝轴线。a线沿东西向与河道垂直，纵坐标76340，b线也沿东西向，纵坐标76380。a线总长449m，穿过左岸部分裂隙；b线总长432m，避开左岸裂隙。由于坝轴线较短，穿过裂隙不多可作地基处理故选择b线方案。2.3混凝土非溢流坝2.3.1剖面设计.1坝高的确定表2-1吹程及风速吹程D(m)计算风速Vf(m/s)基本组合（正常情况）220022.5（多年平均最大风速1.5~2.0倍）特殊组合（校核情况）222515（洪水期多年平均最大风速）坝顶或坝顶上游防浪墙应超出水库静水位高度：（2-1）式中：——累计频率为1%的波浪高度m——波浪中心线高出静水位高度m——取决于坝级别和计算情况的安全超高内陆峡谷水库宜用官厅水库公式计算：（2-2）（2-3）式中：——计算风速（m/s），设计状况宜采用洪水期多年平均最大风速的1.5~2.0倍，校核状况宜采用洪水期多年平均最大风速；D——吹程（km），指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，可根据水库状况确定。若库形狭长，应以5倍平均库面为准。坝高=（1）按基本组合（正常情况）计算：坝顶高程=设计洪水位+(2)按特殊组合（校核情况）计算：坝顶高程=校核洪水位+综上：坝顶高程取为240.35m.2坝底宽的确定由于电站形式为引水式，故坝上游侧无有压进水口，上游坝坡坡度不受限制，取上游面坡度，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度。（1）按应力条件确定坝底最小宽度为上游坡度，取时可以得到：（2-5）式中：B——坝底宽度，m；——基本剖面坝高，m——坝体材料容重取值23.5KN/m3——水容重10KN/m3——扬压力折减系数,按规范坝基面取0.3（2）按稳定条件确定坝底最小宽度假定上游库水位与三角形顶点平齐，上游水深=坝高=240.35m，下游无水坝的荷载只考虑上游水平水压力P，坝体自重G及扬压力U荷载设计值：重力设计值：扬压力设计值：静水压力设计值：由《水工建筑物》表4-1查得1级水工建筑物K=1.10所以坝底宽由稳定控制取m=0.79→B=.2实用剖面.1坝顶宽度坝顶宽度b=（8%～10%）H=10.268m~12.835m，且不小于2m。本设计取12m.2剖面形态由上可知，稳定条件为限制条件，所以采用上游坝面上部铅直、而下部呈倾斜，这样可利用部分水重来增强坝的稳定性。折坡点起点位置应结合引水、挡水建筑物的进水高程来选定，一般为把高的1/3~1/2（42.78~85.57），取折坡高程为112+48=160.0m，坡度为1:0.15坝底总宽=图2-1非溢流坝剖面图2.3.2稳定与应力校核原理及公式：本设计采用概率极限状态设计原则，以分项系数极限状态设计表达式进行结构计算。混凝土重力坝分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行下列计算和验算：混凝土重力坝及坝上结构设计时，应根据水工建筑物的级别，采用不同的水工建筑物结构安全级别，见下表表2-2水工建筑物结构安全级别按承载能力极限状态设计时，应考虑下列两种作用效应组合：式中：——结构重要系数，对应于结构安全级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的结构及构件，可分别取用1.1、1.0、0.9；对偶然组合，应采用下列极限状态设计表达式——偶然组合结构系数，见表2-5表2-3作用分项系数表2-4材料性能分项系数表2-5结构系数按照承载能力极限状态，应计算下列两种作用组合。承载能力极限状态作用的基本组合和偶然组合按表2-6规定进行计算。持久状况下正常使用极限状态设计时，应按长期组合计入“基本组合由下列永久和可变作用产生的效应组合”的有关作用进行计算。坝体在施工和检修情况下应按短期组合进行设计。作用值大小及其组合应按照建筑物施工与检修具体条件确定。表2-6承载能力极限状态设计包括：坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：核算坝基面抗滑稳定极限状态时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。坝趾抗压强度承载能力极限状态：核算坝趾抗压强度时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。坝体选定截面（坝基面与折坡面）下游端点的抗压强度承载能力极限状态：核算坝体选定计算截面下游截面端点抗压强度时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。.2正常使用极限状态：按材料力学方法进行坝体上、下游面混凝土拉应力验算，必要时进行坝体及结构变形计算；复杂地基局部渗透稳定验算。按正常使用极限状态设计时，应考虑下列两种效应组合：坝体及结构的混凝土应按所处环境条件、使用条件、结构部位和结构型式及施工条件，满足耐久性要求。正常使用极限状态作用效应的短期组合采用下列设计表达式正常使用极限状态作用效应的长期组合采用下列设计表达式正常使用极限状态设计包括：应按作用的标准值分别计算作用的短期组合和长期组合。核算坝体上游面的垂直应力时，应按作用的标准值计算作用的长期组合。计算公式为：式中：——计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和，，逆时针方向为正；核算坝体下游面的垂直应力时，应按作用的标准值计算作用的短期组合。计算公式为：计算成果：.1设计状况:满足要求。坝址抗压强度承载能力极限状态：满足要求。长期组合下坝踵不出现拉应力（运行期）满足要求。短期组合下坝趾不出现拉应力（完建）满足要求。折坡面：图2-3非溢流坝荷载计算简图（折坡面）满足要求。折坡点正常使用极限状态的抗拉验算：长期组合下坝体上游垂直面不出现拉应力（运行期）满足要求。短期组合下坝体下游面不出现拉应力（完建）满足要求。.2设计状况:图2-4非溢流坝荷载计算简图（坝基面） 满足要求。坝址抗压强度承载能力极限状态：满足要求。长期组合下坝踵不出现拉应力（运行期）满足要求。短期组合下坝趾不出现拉应力（完建）满足要求。折坡面：图2-5非溢流坝荷载计算简图（折坡面）满足要求。折坡点正常使用极限状态的抗拉验算：长期组合下坝体上游垂直面不出现拉应力（运行期）满足要求。短期组合下坝体下游面不出现拉应力（完建）满足要求。.3校核状况:图2-6非溢流坝荷载计算简图（坝基面） 满足要求。坝址抗压强度承载能力极限状态：满足要求。长期组合下坝踵不出现拉应力（运行期）满足要求。折坡面：图2-7非溢流坝荷载计算简图（折坡面）满足要求。折坡点正常使用极限状态的抗拉验算：长期组合下坝体上游垂直面不出现拉应力（运行期）满足要求。2.3.3混凝土坝的材料与构造材料采用的混凝土编号为构造.1坝顶结构采用实体结构，顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和照明设备.2坝体分缝横缝将坝体沿坝轴线方向分成若干坝段，其缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，使各坝段独立工作。缝的宽度器取1cm，横缝间距为20m，横缝止水用两道金属止水片（紫铜片或不锈钢片）和一道防渗沥青井。纵缝是为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝。本设计采用两条垂直纵缝，距离为为了加强坝体的整体性，缝面一般设置键槽，槽的短边和长边大致与第一及第二主应力相交，使槽面基本承受正压力。且键与槽互相咬合，可提高纵缝的抗剪强度。.3坝内廊道除基础帷幕灌浆廊道宽3m高3.5m外，其余廊道尺寸宽2.0m，高3.0m。2.3.4地基处理开挖与清理坝基帷幕灌浆帷幕灌浆是在靠近上游坝基设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂缝和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕。其作用是：降低坝基的渗透压力，减少渗透流量；防止坝基内产生机械或化学管涌，即防止基岩裂缝中的充填物被带走或溶滤。坝基排水设施布置横向及纵向排水廊道大小为2.4混凝土溢流坝2.4.1溢流坝孔口尺寸的确定下泻流量的确定按千年一遇设计假设最大下泄流量全部从溢流坝顶过流，可能遭遇检修或其他应急情况，故发电流量作为安全储备（设计）（校核）孔口尺寸设计情况：取单宽流量为：溢流前沿总净宽：（2-18）按规范闸墩取为3.0m（1.4+0.8×2），边墩取为2.0m（2-19）式中：——溢流段总宽度——孔数——没孔净宽——闸墩宽度

——边墩宽度校核情况：取单宽流量为：溢流前沿总净宽：按规范闸墩取为3.0m（1.4+0.8×2），边墩取为2.0m故按校核情况设计2.4.2溢流坝堰顶高程的确定设计情况：（2-20）式中：L——溢流前缘总净宽，m；m——流量系数，与堰型有关，非真空实用剖面堰在设计水头下一般为0.49~0.50；——侧收缩系数，与闸墩形状，尺寸有关，一般为0.90~0.95；——重力加速度；——坝顶溢流的堰顶水头，m 堰顶高程=设计洪水位-H 校核情况： 堰顶高程=校核洪水位-H故堰顶高程取为223.3m2.4.3闸门的选择闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高选择平面闸门，按规范所给值，又闸孔净宽=12m，所以闸门取为13工作闸门一般布置在溢流堰顶点，以减少闸门高度。为了避免闸门局部开启时水舌脱离坝面而产生真空，将闸门布置在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴坝面下泄。检修闸门位于工作闸门之前，为便于检修，两者之间留有1~3m的净宽，本设计取净宽1.5m。2.4.4溢流坝剖面溢流前沿：溢流段：（溢流面曲线采用WES曲线）（2-23）K、n——与上游坝面坡度有关的系数和指数（查设计手册知k=2,n=1.85）图2-8堰面曲线图直线段：直线段采用与基本剖面一样的坡度，直线段方程为：溢流段与直线段的切点的坐标为:(20.19m,反弧段设计选择挑流消能由校核洪水位下查得下游水位22.8m图2-9反弧段及挑流鼻坎 故满足要求图2-10溢流坝剖面图2.4.5溢流坝稳定验算设计状况:图2-11溢流坝荷载计算简图满足要求。坝址抗压强度承载能力极限状态：满足要求。长期组合下坝踵不出现拉应力（运行期）满足要求。短期组合下坝趾不出现拉应力（完建）满足要求。校核状况:图2-12溢流坝荷载计算简图满足要求。坝址抗压强度承载能力极限状态：满足要求。长期组合下坝踵不出现拉应力（运行期）满足要求。2.4.6溢流坝的结构布置 2.4.7消能与防冲图2-13消能计算简图鼻坎的形势和尺寸鼻坎采用平顺连续式的,高程比下游水位高出两米,即坎顶高程为138m.挑射距离和冲刷坑深度的估算——冲刷坑系数，对于坚硬完成岩石取；坚硬但完整性较差的岩石；软弱破碎的岩石。由于下游基岩质量较好，且水流沿河道较平顺，故抗冲刷措施比较简单。只需在溢流坝与非溢流坝交界处设2m宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。第3章水电站厂房3.1水轮机的选择3.1.1特征水头、、选择（3-1）式中：Q——发电流量（）；H——发电水头（m），，——取为3%H设计低水位下，一台机组发电表3-1试算表190120.0116.0074.00×0.9772247.0190140.0116.1373.87×0.9784140.1190141.5116.1473.86×0.9785030.1H1=71.64m设计低水位下，两台机组满发表3-2试算表190200.0116.4773.53×0.97119646.9190300.0116.7673.24×0.97178768.3190290.0116.7373.27×0.97172874.5190280.0116.7073.30×0.97166981.7190285.2116.7273.28×0.97170036.4H2=71.08m正常蓄水位下，一台机组发电表3-3试算表23080.0115.72114.28×0.9774381.923090.0115.80114.20×0.9783621.023091.5115.81114.19×0.9785007.3H3=110.76m正常蓄水位下，两台机组满发表3-4试算表230180.0116.37113.63×0.97166407.3230185.0116.40113.60×0.97170984.6230184.0116.39113.61×0.97170075.3H4=110.20m设计洪水位下，两台机组满发表3-5试算表235.5180.0+5000124.65110.85×0.97162336.1235.5188.0+5000124.66110.84×0.97169535.7235.5188.6+5000124.66110.84×0.97170076.8H5=107.51m校核洪水位下，两台机组满发表3-6试算表238200.0+7000126.94110.06×0.97180715.1238190.0+7000126.93110.07×0.97171694.8238188.2+7000126.93110.07×0.97170068.3H6=107.7水头的确定（引水式电站）3.1.2水轮机型号选择根据该水电站的水头工作范围71.08～110.76，查《水电站》教材型谱表选择合适的水轮机型有HL200和HL180两种。现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。HL200型水轮机方案主要参数选择.1转轮直径查《水电站》表3-6得，限制工况下单位流量，效率，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量,效率η＝91.4％。水轮机额定出力（3-2）（对大中型发电机）设计水头（3-3）取之相近标称直径。.2转速n计算查表3-4可得HL200型水轮机在最优工况下的单位转速初步假定（3-4）取与之接近的同步转速214.3r/min.3效率修正值的计算HL200最优工况下,模型转轮直径则原型效率为：（3-5）其中：——模型最优工况下效率——模型转轮直径则效率正修正值＝93.7％－90.7%=3.0%考虑到模型与原型水轮机在制造工艺上的差异，上面求得的中的减去1%，得最终的效率正修正值=2.0%，=+=90.7%+2.0%=92.7%（与假设相同）单位转速n的修正值（3-6）故单位转速可不加修正，也可不加修正最后求得η＝91.4%，，==68r/min，，n=214.3r/min.4工作范围检验在已知=94.89，=87628.9Kw的条件下得：（3-7）则水轮机最大引用流量：（3-8）与特征水头、、相对应的单位转速为（3-9）（3-10）（3-11）在HL200型水轮机的模型综合特征曲线上分别绘出，=和=的直线，这三根直线所围成的区域就是水轮机的工作范围，基本上包含了较多的高效区。.5吸出高度Hs计算由水轮机设计工况下的参数，在《水电站》中图2-26查得＝0.02（3-12）其中：——水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔；（的值取半台水轮机的额定流量对应的下游水位的海拔高程。由此查得下游水位为115.48米，即=115.48m。）——模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得＝0.09；——气蚀系数修正值，查表得＝0.02；——水轮机设计水头经过计算得HL180型水轮机方案主要参数选择.1转轮直径查《水电站》表3-6得，限制工况下单位流量，效率，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量,效率η＝91.3％。水轮机额定出力（对大中型发电机）设计水头取之相近标称直径。.2转速n计算查表3-4可得HL180型水轮机在最优工况下的单位转速初步假定取与之接近的同步转速187.5r/min.3效率修正值的计算HL180最优工况下,模型转轮直径则原型效率为：其中：——模型最优工况下效率——模型转轮直径则效率正修正值＝94.8％－92%=2.8%考虑到模型与原型水轮机在制造工艺上的差异，上面求得的中的减去1%，得最终的效率正修正值=1.8%，=+=94.8%+1.8%=96.6%（与假设相同）单位转速n的修正值故单位转速可不加修正，也可不加修正最后求得η＝91.3%，，==68r/min，，n=187.5r/min.4工作范围检验在已知=94.89，=87628.9Kw的条件下得：则水轮机最大引用流量：与特征水头、、相对应的单位转速为在HL180型水轮机的模型综合特征曲线上分别绘出，=和=的直线，这三根直线所围成的区域就是水轮机的工作范围，只包含较少的高效区。.5吸出高度Hs计算由水轮机设计工况下的参数，在《水电站》中图2-26查得＝0.02其中：——水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔；（的值取半台水轮机的额定流量对应的下游水位的海拔高程。由此查得的下游水位为115.58米，即=115.58m——模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得＝0.078；——气蚀系数修正值，查表得＝0.02；——水轮机设计水头计算得HL200和HL180方案比较表3-7方案参数对照表项目HL200HL180模型参数推荐用水头范围（m）最优单位转速n110最优单位流量Q110（L/S）最高效率(%)气蚀系数包含高效率区的多少90～1256880090.7%0.09多90～1256772092%0.078少原型参数工作水头（m）转轮直径D1（m）转速n(r/min)额定出力Nr(kw)最大引用流量Qmax(m3/s)吸出高度（m）71.08～110.763.3214.387628.9100.78－0.5771.08～110.763.8187.587628.9103.10.57比较之后选择机型HL2003.1.3水轮机安装高程 式中：——水轮机安装高程；——设计尾水位；——导叶高度；——吸出高度求得3.2厂房内部结构3.2.1发电机外形尺寸估算基本尺寸（1）极距（3-13）式中：—发电机额定容量（KVA）—取8～10，此时取9P—磁极对数，P=14（2）定子内径（3-14）（3）定子铁芯长度（3-15）式中：C——系数查表C=4×10-6~6.5×10-6，此处取为——额定转速214.3r/min（4）定子铁芯外径（3-16）平面尺寸（1）定子机座外径（3-17）（2）风罩内径（3-18）（3）转子外径（3-19）（4）下机架最大跨度（3-20）为水轮机机坑直径，=460cm（5）推力轴承外径和励磁机外径（3-21）轴向尺寸计算（1）定子机座高度时，（3-22）（2）上机架高度判别型式采用悬式发电机（3-23）上机架高度（3-24）（3）推力轴承高度励磁机高度和永磁机高度，副励磁机取180cm（3-25）取220cm（其中机架高100cm）（3-26）取100cm（3-27）取80cm（3-28）（4）下机架高度悬式非承载机架（3-29）（5）定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离悬式（3-30）（6）下机架支承面主主轴法兰底面距离取100cm（3-31）（7）转子磁轭轴向高度有风扇时（3-32）（8）发电机主轴高度（3-33）（9）定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距（3-34）3.2.2发电机重量估算（3-35）式中：——发电机总重量（t）——系数，悬式=8～10，这里取9所以，发电机转子重==260.6t3.2.3水轮机蜗壳及尾水管水头范围大于40m，采用金属蜗壳，对于=3.3m，高头混流水轮机，采用圆形焊接或铸造结构蜗壳半径：（3-36）式中：——蜗壳断面流速，可由教材查得，在这里，——蜗壳包角；——相应的最大流速，由水轮机转轮直径查得：座环外径=520cm，内径=440cm，则：表3-8蜗壳渐变段内径数据表00260.0260.030°59.7319.7379.475°94.4354.4448.8120°119.4379.4498.8165°140.0400.0540.0210°158.0418.0576.0255°174.1434.1608.2300°188.8448.8637.6345°202.5462.5665.0尾水管尺寸3.2.4调速系统，调速设备选择调速功计算（3-37）式中：——最高水头——水轮机直径（3-38）综上所述，属大型调速器，接力器和油压装置应分别进行计算和选择。接力器选择①接力器直径计算：采用两个接力器操作导水机构，选额定油压为2.5MPa，则每个接力器直径为：（3-39）式中：——标准正曲率导叶参数，由，查得选与之接近而偏大的ds=450mm②接力器最大行程：由在模型综合特性曲线上查得选（3-40）式中：——水轮机导叶最大开度（3-41）采用系数1.8则③接力器容积计算：（3-42）调速器的选择大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径（3-43）选用，选择与之相邻而偏大的DT-100型电气液压型调速器。表3-9调速器型号尺寸图调速器机械柜尺寸基础板尺寸电器柜尺寸重量型号l1×b1×h1（mm）L×B（mm）M×N×H（mm）（Kg）DT-100700×800×13001200×1500440×800×23601206图3-1调速器尺寸示意图油压装置（3-44）于是选用组合式油压装置HYZ-水轮机阀门及其附件水头较大，故选用蝴蝶阀（配套设备：伸缩节、空气阀、旁通阀）（3-45）式中：——进口段直径；——系数，，为水电站的最大净水头查蝴蝶阀的直径型谱图得，压力油源及设备，取组合式油压装置HYZ-4.0表3-10油压装置型号尺寸图型号油罐长度m（mm）宽n(mm)总高H(mm)油罐高h(mm)油罐外径（mm）HYZ-4.029502000445030501300HYZ-2.524001700406028601024图3-2组合式油压装置示意图3.2.6起重机设备选择台数选择：最大起重量260.6t，机组台数2台，选用一台双小车起重机，跨度16m（根据厂房净宽确定）表3-11桥机工作参数表名义起重量t单台小车起重量（t）跨度（l）m起重高度m速度（m/min）单台小车重t起升运行主钩副钩主钩副钩小车大车2×1502×1502516201613.733.523起重机最大轮压起重机总重（t）电动机（型号/KW）总容重（KW）单台小车起重量(t)起升机构运行主副小车大车45.0122JZR2-52JZR2-22-6JZR2-41-81192×15025-3/30×2/7.5×2/11×4主要尺寸小车轮距LT小车轮距KT大车轮距K大梁底面至轻道距F起重机最大宽度B轻道中心距起重机外端距离B1轨道面至起重机顶端距离H44002000440014093004604300轨道面至缓冲器距离H1车轨中心至缓冲器外端距离操作室底面至轨道面h3两小车吊钩间极限位置推荐用大车轨道吊钩至轨道吊钩至轨道hh1中心距离1200920．024003100主钩副钩L1L2Qu-10084024011001600平衡梁吊点至大车轨顶极限位置6103.3主厂房尺寸及布置3.3.1长度机组中心距需要根据下部块体以及各楼层的具体布置来确定。下部块体：机组中心距=蜗壳沿厂房纵轴线的长度+（L=5.40+6.60+3.0=15.0m取为16.0式中：——保护层厚度1.5考虑到柱子、发电机层楼梯布置、发电机风罩以及梁的相互位置关系要求L=18.0米端机组中心线至厂房外端距离考虑到蜗壳层集水井和发电机层副厂房的布置，以及层间楼梯的布置与梁的冲突，端机组段长度为17.25米安装场长度机组段长度（其中发电机转子、水轮机转轮需要考虑2m装配厂和发电机同高程，可利用端部机组段部分场地，再由吊车极限位置同时控制，确定装配场长为19.35m，厂房段总长64.15m。（其中主厂房长度为57.9m3.3.2宽度由于厂房设置蝴蝶阀，故厂房宽度取决于下部尺寸下游侧块体结构的厚度=中心线至下游侧蜗壳外缘尺寸++外墙厚度=6.08+1.00+1.50=8.58m取为上游侧块体结构的厚度=中心线至上游侧蜗壳外缘尺寸+蝶阀室宽度++外墙厚=4.49+1.00+4.00+1.50=10.99m取为11.00m取主厂房宽度为8.50+11.00=19.50m,副厂房宽取为8.00m,尾水平台取为3.3.3厂房各层高程确定水轮机安装高程（3-46）尾水管底板高程（3-47）式中：h——尾水管高度（m）——导叶高度（m）水轮机层地面高程（3-48）式中：——水轮机安装高程——蜗壳尺寸——蜗壳顶部外包混凝土的厚度定子安装高程发电机层地面高程<校核洪水位126.93m>装配场地面高程为方便布置公路，采用发电机层和装配场层同高方案，同时装配厂层和进场公路同高，并在尾水平台和公路低于校核洪水部分加设挡水墙。挡水墙高=校核洪水位+0.5m=127.43m吊车轨顶高程考虑到最大吊运部件的尺寸选择：厂房顶部高程由吊车轨顶高程加上相应得吊车尺寸以及厂房屋顶大梁、安全超高，经适当调整得：=144.74m3.4厂区布置厂房部分依山而建，可利用场地面积狭小，又因厂房尾水管尺寸较长，故考虑将副厂房布置在厂房下游，厂房东面有一定面积的平整场地，故考虑厂房西侧布置开关站，主变，尾水平台兼作公路，从厂房北侧过来，绕到厂房西侧，进入装配场。副厂房共分四层，最上层布置直接生产用房，（中控室，继电保护盘室等）具体布置见正图，第二层布置电缆层（与发电机层同高），第三层布置出线层（水轮机层顶），其作用是将电传至厂房西侧的主变。最下一层布置事故油池。公路副厂房尾水渠←公路开关站主变安装场主厂房开关站公路副厂房尾水渠←公路开关站主变安装场主厂房开关站图3-5厂区布置示意图第4章水电站引水建筑物4.1引水隧洞整体布置4.1.1洞线布置（水平位置）根据洞线布置要求，隧洞进口段设在坐标（20679705，3176230）处洞线起始沿南北向斜向延伸，至坐标（20679705，3176530）处附再度反向变线拐角30度，至坐标（20679400，3177080）向东偏25度直至调压室。整条线路上所有节理、断层破碎带均被避开或与洞线以较大的角度相交，且压力管道出口处地势较陡，便于布置。4.1.2垂直方向隧洞进口断面为矩形，后渐变成圆形，再变为矩形主闸门段，过闸门后由矩形渐变圆形，至压力管道处再度渐变，隧洞段坡降0.5％，至压力管道后以45度角向下拐弯坐高程115.24m（发电水轮机安装高程）后水平布置直至厂房。4.2细部构造4.2.1隧洞洞径 隧洞采用圆形断面，有压隧洞经济流速2.5~4.5m/s，取为4m/s 流量采用设计水头下，两台机机组最大引用流量Qmax=2×100.78=201.56m3 A===50.4m2（4-1） 取为8.20米（4-2）4.2.2隧洞进口段隧洞进口形式及渐变段形式由隧洞洞线地质图可知隧洞进口可选用洞式进口,隧洞进口顶部采用椭圆曲线连接，俯视为直线型喇叭口，内部断面为矩形1.1A=55.44，取渐变段高度与圆形隧洞同高，即h=8.2m，那么，宽度b=1.1A/8.2=6.76m，取为b=7.00m渐变段长度扩散角图4-1进口渐变段尺寸图进口具体形式根据国内外实践经验，喇叭口顶板的椭圆方程为：（4-3）其中：a=(1.0~1.5)D通常取1.1D；由上取取为10.00m；取为3.50m。4.2.2为便于清污及减小水头损失，过栅流速不大于1m/s拦污栅垂直净面积拦污栅高=（10+8.2）/sin41=27.74m栅片厚度为30mm，宽度为50mm，栅条间距经计算=0.769拦污栅宽度设2个宽为0.6m的带槽中墩，中墩净距为5m验算：隧洞进口顶部高程，底部高程用戈登公式估算临界淹没深度Scr（4-4）其中：Scr——闸门低于最低水位的临界淹灭深度；c——经验系数取c＝；对称取水时取小值0.55d——闸门孔口高度mv——闸门断面的水流速度m/s最终取：Scr=6.3m即隧洞进口顶部高程：（4-5）隧洞进口底部高程：▽=（4-6）4.3调压室4.3.1调压室功用为了改善水锤现象，常在有压引水隧洞与压力管道衔接处建造调压室。调压室利用扩大的断面和自由水面反射水锤波将有压引水系统分成两段：上游段为有压引水隧洞，调压室使隧洞基本上避免了水锤压力的影响；下游段为压力钢管，调压室可以减轻位于其下游的压力钢管中的水锤压力。4.3.2设置调压室的条件设置上游调压室（4-7）式中：L——压力水道长度（隧洞L=1100m，m/s钢管L=250m，）H——设计水头94.89m<24s时，可不设上游调压室计算得所以本电站需要设置上游调压室。设置下游调压室尾水道很短，不需要设置尾水调压室4.3.3压力管道设计管道内径估算（4-8）式中：——钢管最大设计流量；H——设计水头岔管处管道直径的确定岔管采用正Y型布置。岔管处管道直径由大变小估算压力管道段全长254.3.4计算托马断面计算托马断面应采用可能出现最低水位极其引用流量，但由于低水位下机组出力受阻，不可能达到如此大的流量，故本设计采用设计水头及其对应的机组最大引用流量机型计算。引水道采用最小糙率，压力钢管采用最大糙率4.3.4（1）沿程水头损失计算选用糙率（最小）（2）局部水头损失①拦污栅处（4-9）——污染物附着影响系数，机械清污=——与栅条形状有关系数2.42——与栅柱形状有关系数1.67——栅条厚或直径0.03m——栅柱厚0.6m——栅条净距0.11m——栅柱净距5m过栅平均流速（4-10）②喇叭口段（取减缩段面积）（4-11）③闸门段（2个平板闸门）（4-12）④三个渐变段（4-13）⑤隧洞转弯处（4-14）（4-15）（4-14）4.3.4（1）沿程水头损失糙率取最大值0.013岔管前：（4-15）岔管后：（2）局部水头损失①转弯段共两处分岔管（一个正Y分叉，一个转弯）蝶阀处全开时4.3.4（4-16）式中：L——引水隧洞长1100m——引水道断面面积52.78m2——引水道水头损失系数——引水道通过流量Q时的水头损失——压力管道通过流量Q时的水头损失为了保证稳定性和加快削减速度，实际调压室的面积还应比托马断面大，工程中往往将其乘以1.05，所以得：4.3.5计算最高涌波引水道水头损失调压室最高涌波按水库正常蓄水位极其相应流量进行设计，用水库校核洪水位极其相应流量进行校核，引水道取最小糙率n=0.0124.3.5（1）沿程水头损失计算选用糙率（最小）（2）局部水头损失①拦污栅处过栅平均流速②喇叭口段（取减缩段面积）③闸门段（2个平板闸门）④三个渐变段⑤隧洞转弯处4.3.5（1）沿程水头损失计算选用糙率（最小）（2）局部水头损失①拦污栅处过栅平均流速②喇叭口段（取减缩段面积）③闸门段（2个平板闸门）④三个渐变段⑤隧洞转弯处4.3.6计算最低涌波引水道水头损失计算调压是最低水位，采用水库最低水位极其对应的发电引用流量。引水道取最大糙率n=0.016（1）沿程水头损失计算选用糙率（最大）（2）局部水头损失①拦污栅处过栅平均流速②喇叭口段（取减缩段面积）③闸门段（2个平板闸门）④三个渐变段⑤隧洞转弯处==4.3.7调压室方案比较简单式调压室（1）丢弃全负荷时的最高涌波水位计算：（4-17）式中：L——引水隧洞长1100m——引水道通过流量Q时的水头损失——对应于Q时的引水道流速——压力水道断面面积——调压室断面面积设计情况：经计算：校核情况：经计算：（2）丢弃全负荷时第二振幅计算：（4-18）设计情况：经计算：校核情况：经计算：（3）增加负荷时最低涌波计算：（一台机增加到两台机满发）（4-19）经计算：4.3.7（1）阻抗孔面积S与增加负荷时的最低涌波计算：（4-20）式中：——升管断面面积，取与引水道相同——大室断面面积，——压力管道断面面积，经计算：阻抗孔面积：(4-21)式中：——水自大室流入升管（或压力水道）时的孔口阻抗损失相对值——水自大室流入升管（或压力水道）时的孔口流量系数，取经计算：阻抗直径：（2）丢弃全负荷时的最高涌波水位计算：①设计情况：——水自升管（或压力水道）流入大室时的孔口阻抗损失相对值(4-22)——水自升管（或压力水道）流入大室时的孔口流量系数，取假定：最高涌波水位（净水位以上）与丢弃负荷前库水位（净水位以下）之间所需的大井容积：(4-23)经升管顶溢入大室溢流量：(4-24)升管顶部溢流厚度：(4-25)式中：M——堰顶流量系数取1.8B——溢流前沿长（半个周长）升管堰顶在静水位以上的高度：(4-26)从升管顶溢入大井和孔口溢入大井的水量V(4-27)(4-28)(4-29)令：需要进行进一步试算表4-1试算成果表WQy'△hZBXBXmaxabV-10.0003194.54981.5052.312-7.687-6.020-7.8310.1240.8734008.768-12.0003761.10972.7872.144-9.855-7.717-9.3970.1040.8663372.774-11.3003562.81375.7582.202-9.097-7.124-8.8490.1100.8693569.853-11.3103565.64575.7152.202-9.108-7.132-8.8570.1100.8693566.866-11.3123566.21275.7062.202-9.110-7.134-8.8580.1100.8693566.269最终试算得②校核情况：表4-2试算成果表WQy'△hZBXBXmaxabV-10.0003211.26285.4392.387-7.613-5.699-7.4850.1300.8743995.823-12.0003777.82276.7422.222-9.778-7.319-8.9820.1080.8683361.544-11.2003551.19880.1372.287-8.913-6.672-8.3830.1160.8713588.227-11.2633569.04579.8652.282-8.981-6.723-8.4300.1150.8703569.214最终试算得.7.3.1简单式调压室具体布置参数调压室最高水位=校核洪水位-=252.09m，加上2m的裕度可得顶高程为254最低涌波水位=设计低水位- =175.92m。隧洞坡降0.5％，隧洞顶高程＝178.2最低涌波水位与引水道顶部高程间的安全裕量2m，不满足要求。.2差动式调压室具体布置参数堰顶高程=校核洪水位-=238=246.98m最低涌波水位=设计低水位- =190.0－4.72=185.28m。隧洞坡降0.5％，隧洞顶高程＝183.7－1100×0.5％＝178.2大井D=19大井顶高程=设计洪水位-=238＋11.263＝249.263m加上2米的裕度，取为251.3最低涌波水位与引水道顶部高程间的安全裕量2m即要求最低涌波水位178.2+2=180.2m满足要求其中阻抗孔口面积，直径表4-3调压室参数比较调压实类型最低涌波水位引水道顶部高程顶高程简单式175.92178.2254.1差动式185.28178.2251.3由上表可以看出简单式调压室的安全裕量不满足要求，是不合理的，差动式调压室较简单式更合理且有优势：顶高程较低可减少开挖量（具体的工程量可以进一步计算得出，在这里仅以顶高程做说明的一个方面），在本设计中选用差动式调压室升管和大井分开布置，具体的尺寸及布置见图。调压室设计说明与总结一般来讲，计算上游调压室最高涌浪时，库水位采用水库正常蓄水位，管道中的流量采用相应的最大机组流量，并考虑瞬时全部丢弃负荷，引水道的摩阻损失及糙率要采用可能出现的最小值，并以水库校核洪水位极其相应工况进行校核；计算上游调压室最低水位时，上游库水位取最低设计水位，机组突然增开一台，引水道的摩阻损失及糙率要采用可能出现的最大值。（参见《水工隧洞和调压室》调压室部分，水工建筑物设计丛书潘家铮主编水利电力出版社）在本设计中充分考虑到了以上的要求，与实际状况存在的差异在所难免。第5章岔管专题设计5.1岔管的布置原则应结合地形地质条件，与主管线路布置、水电站厂房布置协调一致，布置方案应作技术经济比较，并符合下列原则：1）结构合理，安全可靠，不产生较大的应力集中和变形。2）水流平顺，水头损失小，减少涡流和震动。分岔后流速宜逐步加快。对于重要工程的岔管宜作水利学模型实验。3）制作、运输、安装方便。4）经济合理。本设计中的具体布置见枢纽布置图及细部构造图。5.2岔管形式的选择应进行技术经济比较，影响因素包括制作和土建费用、水头损失、内水压力的大小、岔管尺寸和受力条件、布置形式、工程经验等。在本设计中采用月牙肋岔管，对称Y形布置。5.3设计工况分析、荷载计算和允许应力要求表5-1埋藏式岔管计算工况和荷载组合荷载组合基本荷载组合特殊荷载组合运行工况正常运行工况放空（检修）工况特殊运行工况水压试验工况地震工况内水压力正常蓄水位静水压力正常工况最高压力*ˇ特殊工况最高压力*ˇ地下水压力ˇ灌浆压力及未凝固混凝土荷载ˇ水压试验压力ˇ管道放空内外气压差ˇ地震荷载在本设计中分为荷载基本组合（正常运行工况）及特殊荷载组合（特殊运行工况）两种工况进行设计，荷载在现有的基础上就考虑内水压力p，正常运行工况下的p取正常工况最高压力，特殊运行工况p取特殊工况最高压力。（地下水压力、灌浆压力、未凝固混凝土压力等均不考虑。）正常工况最高压力对应于水库正常水位，特殊工况最高压力对应于最高发电水位，即校核洪水位。正常工况最高压力：特殊工况最高压力：钢材选用16MnR，，泊松比，线膨胀系数钢的弹性模量地下埋藏式岔管距主厂房不宜太近。其埋深可计入岩石抗力，允许应力取值与明岔管相同；若不计入岩石抗力，根据地质条件，允许应力可比明岔管提高10%30%。若不满足埋深的情况下，不计岩石抗力，允许应力取值与明岔管相同。5.4结构设计5.4.1管壁厚度的计算月牙肋岔管膜应力区的管壁厚度按下式计算（5-1）月牙肋岔管局部应力区的管壁厚度按下式计算（5-2）式中：——内水压力（N/mm²）；——该节钢管最大内半径（mm）；——该节钢管半锥顶角；——焊缝系数，取0.95、分别